《精编》汽车电器与电子设备--蓄电池

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1、第一章蓄电池 蓄电池的功用 汽车上蓄电池与发电机并联 共同向用电设备供电 蓄电池的作用 1 发电机起动时 向发电机和点火系统供电 2 发电机不发电或电压较低的情况下向用电设备供电 3 当用电设备同时接入较多 发电机超载时 协助发电机供电 4 蓄电池存电不足 而发电机负载又小时 它可将发电机的电能转变为化学能储存起来 充电 1 1蓄电池的构造与型号 蓄电池由若干个单格电池串联而成 单格电池 电压2V 一个单格 组成 极板组 隔板 壳体 电解液 铅连接条 极柱等 其结构如图1 1 1 1 1极板组 1 正极板 活性物质 二氧化铅PbO2 呈深棕色 厚度2 2mm2 负极板 活性物质 海绵状纯铅Pb

2、 呈青灰色 厚度1 8mm负极板比正极板多一片 1 1 3壳体 隔开正负极板特性 多孔性 以便电解液渗透 耐酸 抗氧化 材料 微孔橡胶 微孔塑料 木质 玻璃纤维 纸板 1 1 2隔板 用来盛放电解液和极板组 早期 硬橡胶现在 工程塑料 聚丙稀塑料 底部 突起肋条 搁置极板 积存脱落的活性物质 防极板短路 加液孔 螺塞 通气孔 1 1 4联条 单格电池的串联方法 内部穿壁式连接 在间壁上打孔穿越传统外露式铅连接条连接 早期 1 1 6电解液 纯硫酸 相对密度为1 84 蒸馏水比重一般为1 24 1 30冬季比重大 减少结冰的危险 蓄电池的规格型号 1 单格数2 用途Q 起动型3 极板类型4 20

3、h放电率的额定容量5 特殊性能3 Q 75 1 2 3 4 5 1 2蓄电池的工作原理 蓄电池的充 放电过程是一种可逆式电化学反应 一 铅蓄电池的放电过程 化学能 电能 PbO2 Pb 2H2SO4 2PbSO4 2H2O化学反应过程见图1 3a所示二 铅蓄电池的充电过程 电能 化学能 2PbSO4 2H2O PbO2 Pb 2H2SO4化学反应过程见图1 3b所示 1 2 1放电过程 正极板PbO2 2H2SO4 Pb 2SO4 2H2OPb 2e Pb 接通电路 Pb SO4 PbSO4负极板Pb Pb 2ePb SO4 PbSO4 接通电路 PbO2 Pb 2H2SO4 2PbSO4 2

4、H2O 1 2 2充电过程 正极板PbSO4 Pb SO4 Pb 2e Pb Pb 2SO4 PbSO4PbSO4 2H2O PbO2 2H2SO4负极板PbSO4 Pb SO4 Pb 2e Pb 2PbSO4 2H2O PbO2 Pb 2H2SO4 1 3蓄电池的工作特性 1 3 1电动势和内阻静止电动势 蓄电池内部工作物质的运动处于暂时的平衡状态时 蓄电池的电动势 Ej 0 84 15 15 t 0 00075 t 15 t t 时电解液的比重 1 3 2蓄电池的充电特性 恒流充电特性曲线见图1 5充电开始 铅蓄电池的电动势和端电压上升到2 3 2 4V 就会产生气泡 当上升到2 7V时

5、不再上升 硫酸增多 电解液密度增大 当上升到2 7V 活性物质已基本还原为PbO2和Pb 电解液 沸腾 氢气和氧气 判断蓄电池充足电的现象 端电压上升到最大值 且两小时内不再增加 电解液比重上升到最大值 且两小时内不再增加 蓄电池激烈地放出大量气泡 电解液沸腾 1 3 3蓄电池的放电特性 恒流放电特性曲线见图1 6放电开始 端电压Uf从2 11V 2V快 电解液密度下降快 放电中期 Uf从2V 1 85V时间长 电解液密度下降慢 放电终期 Uf从1 85V 1 75V下降快 1 4蓄电池容量 蓄电池容量 在放电允许的范围内输出的电量 Q If tfIf 放电电流Atf 放电持续时间h与放电电流

6、的大小及电解液的温度有关标称容量 在一定的放电电流 一定的终止电压和一定的电解液温度下测得 标称容量有两种 额定容量 起动容量 1 4 1额定容量 即设计容量指完全充足电的蓄电池 在30 时 以20h放电率的放电电流连续放电至单格电压降至1 75V时所输出的电量 Q20Ah20h放电率的放电电流 0 05Qe以3 Q 90为例说明如何检验蓄电池的质量 1 4 2起动容量 表征蓄电池在发动机起动时的供电能力 由于起动容量受温度影响很大 分为常温和低温两种 常温 30 3Qe电流 1 5V 持续时间应在5min以上低温 18 3Qe电流 1V 持续时间应在2 5min以上如何检验蓄电池的起动容量

7、储备容量 蓄电池在25 的条件下 以25A恒流放电至单格电压下降到1 75V时的放电时间 单位min 表达了在汽车充电系统失效的情况下 蓄电池能为照明和点火系统等用电设备提供25A恒流的能力 仅靠蓄电池供电时 汽车所能运行的时间 1 4 3影响蓄电池容量的因素 一 产品结构因素极板的表面积越大 片数越多 参加反应的活性物质越多 容量越大极板越薄 电解液向极板内部的渗透越容易 活性物质的利用率越高 容量越大 1 4 3影响蓄电池容量的因素 二 使用条件1 放电电流的影响 放电电流大 Uf下降快 容量小 接通起动机的时间不超过5s 两次起动时间要相隔15s以上 1 4 3影响蓄电池容量的因素 2

8、电解液温度的影响 温度降低 容量减小 3 电解液比重的影响 提高 容量提高过高 容量减小实践证明 电解液比重较低时 有利于提高放电电流和容量 1 5蓄电池的故障及其排除 外部故障 壳体或盖子裂纹 封口胶干裂 极桩松动或腐蚀等内部故障 极板硫化 自行放电 极板短路 活性物质脱落 1 5 1极板硫化 蓄电池长期充电不足或放电后长时间放置未充电 极板上逐渐生成一层白色粗晶粒的PbSO4 在正常充电时 不能正常转化成PbO2和海绵状Pb 这种现象称 硫酸铅硬化 硫化 白霜 现象 一充就热 稍放便无 1 5 1极板硫化 产生硫化的原因 蓄电池长期充电不足或放电后未及时充电 当温度变化时 硫酸铅发生再结晶

9、的结果 电池内液面太低 使极板上部与空气接触而强烈氧化 主要是负极板 电解液比重过高或不纯 外部气温剧烈变化时也将促进硫化 1 5 1极板硫化 产生硫化的原因 长期过量放电或小电流深度放电 使极板深处活性物质的孔隙内生成PbSO4 平时充电不易恢复 新蓄电池初充电不彻底 活性物质未得到充分还原 补救办法 1 5 2自行放电 充足电的蓄电池 放置不用会逐渐失去电量 这种现象为 自行放电 1 正负极板上活性物质自发溶解和还原而成为PbSO4 2 极板上活性物质与栅架材料不同 形成局部电池 自放电 3 蓄电池长期放置不用 硫酸下沉 造成电解液上部 下部的浓度差异 上小下大 使同一块极板的上 下部分形

10、成电位差而造成自放电 4 电解液含杂质过多 5 蓄电池内部短路 6 蓄电池盖上洒有电解液 1 5 3极板短路 原因 隔板破损使正 负极板直接接触 活性物质大量脱落 沉积后将正 负极板连通 极板组弯曲 导电物体落入池内 补救 更换破损的隔板 消除沉积的活性物质 校正或更换弯曲的极板组等 1 5 4活性物质脱落 原因 正极板 放电过程中 电解液比重大 或低温大电流放电 负极板 大电流过充电 行驶中的颠簸振动 初充电 初充电 新蓄电池或修复后的使用之前的首次充电目的 在于恢复蓄电池在存放期间 极板上部分活性物质缓慢硫化和自放电而失去的电量 特点 充电电流小 充电时间长 蓄电池充电规范见表1 6注入电

11、解液后静置3 6h 第二阶段将充电电流减半 补充充电 一般每月一次 1 当电解液相对密度降到1 15以下时 2 冬天放电超过25 夏天放电超过50 3 灯光比平时暗淡 4 单格电池电压降到1 7V以下 5 充电后 两个月未使用 充电总时间13 16h 3 预防硫化过充电 平时充电电流将电池充足 中断1h 再用1 2电流充至 沸腾 重复几次 至到刚接入 就 沸腾 4 锻炼循环充电 每3月一次 在电池正常充足后 用20h放电率放完后 再正常充电后送出使用 1 6 2充电方法 1 定电流充电充电电流保持一定不论6V 12V都可串联在一起 适用于 初充电 去硫化充电 2 定电压充电电源电压U保持不变充

12、电开始时 电流很大 逐渐减小 充电终了 自动降为0 充电时间短 不能调整充电电流的大小 适用于 补充充电 3 脉冲快速充电 充电设备 可控硅调压充电机初充电5h补充充电0 5 1 5h 3 脉冲快速充电 极化 在充电后期化学反应过程中 电池两极之间的电位差会高于两极活性物质的平衡电极电位 每单格2 1V 产生极化的原因 欧姆极化 由内阻产生的电压降浓差极化电化学极化 3 脉冲快速充电 充电电流i 随时间按指数曲线而衰减i I0e xtI0 t 0时 蓄电池能接受的充电电流最大值x 衰变率常数x I0 Q 过程 正脉冲充电 前停充 负脉冲瞬间放电 后停充 再正脉冲充电前 后停充 消除欧姆极化负脉

13、冲瞬间放电 消除电化学极化 浓差极化 脉冲快速充电的电流波形 怎样正确维护和使用蓄电池 要经常保持蓄电池的外部清洁 以防间接短路和电极接线柱腐蚀 要经常检查蓄电池在车上的安装是否牢靠 电极接线柱与接线头的连接是否紧固 为防治接线柱氧化 通常应涂以保护剂 比如黄油 定期检查和调整各单格内电解液液面高度 液面高度在任何时候均应超出极板上缘10 15mm 不允许极板露出液面 以防极板硫化 当电解液因蒸发而减少时 应加注一定量的蒸馏水 怎样正确维护和使用蓄电池 根据不同季节及时间调整电解液密度 冬季补加蒸馏水时 只能在电池充电前进行 要经常检查加液孔盖是否拧紧 通气孔是否畅通 使用起动机时 每次起动时

14、间不超过5s 两次起动之间的时间间隔应大于15s 对于车上使用的蓄电池 每月应拆下来进行一次补充充电 新 旧蓄电池不允许混装使用 第二章交流发电机及调节器 2 1交流发电机的构造 三相同步交流发电机 整流器 六只硅二极管构成三相桥式全波整流器 2 1 1转子 产生磁场两块爪极 磁场绕组 滑环 轴2 1 2定子 产生感应电动势 即产生交流电定子铁芯 三相定子绕组相临两相间绕组线圈的起端 或末端 相临两个槽 或8个槽 即三相绕组的各起端A B C分别放入1 3 5槽 或1 9 17槽 即能保证三相绕组相临之间相差120 电角度 三相绕组的连接方法 星形接法 Y 大多采用 三角形接法 2 1 3整流

15、器作用 将发电机定子绕组产生的三相交流电变换为直流电 组成 六只硅二极管负极管系 压装在发电机后端盖上 引线为负极 外壳为负极 正极管系 压装在散热板上 引线为正极 元件板为正极 2 1 4端盖和电刷总成电刷总成 两只电刷 电刷弹簧 电刷架端盖 铝合金 非导磁性材料 内搭铁 两电刷引线中一根与磁场接线柱 F 相连 另一根接搭铁 外搭铁 两只电刷均与发电机绝缘 2 2交流发电机的工作原理 2 2 1发电原理三相绕组中电动势的瞬时值方程式为 频率相同 幅值相等 相位差120 电角度 2 2 2整流过程 发电机输出直流的平均值U 1 35UUV 2 34U UUV 线电压有效值U 相电压有效值2 2

16、 3激磁方式 1 他激在发动机起动期间 需要蓄电池供给发电机磁场电流生磁使发电机发电 这种供给磁场电流的方式称为他激发电 2 自激随着转速的提高 发电机的电动势逐渐升高并能对外输出 一般在发动机怠速时发电机就能对外供电了 当发电机能对外供电时 就可以把自身发的电供给磁场绕组生磁发电 这种供给磁场电流的方式称为自激 由于在发动机转速低时交流发电机不能自激发电 所以低速时采取他激发电 当发动机达到正常怠速转速时 发电机的输出电压一般高出蓄电池电压1 2V以便对蓄电池充电 此时 由发电机自激发电 2 3交流发电机的特性 2 3 1输出特性发电机输出电压U 常数时 发电机的输出电流与转速之间的关系 n1 空载转速n2 满载转速 2 3 2空载特征发电机空载时 I 0 发电机电压与转速之间的关系U f n 2 3 3外特征转速一定时 发电机的端电压与输出电流的关系 结论 随着输出电流的增加 发电机端电压下降较大 2 4电压调节器 作用 在发电机转速变化时 控制发电机电压保持恒定 防止电压过高而损坏用电设备 2 4 1电磁振动式调节器利用触点的开闭 使激磁电路中串入或隔除附加电阻R1来调节激磁电流